Micro/nano lavorazione laser
L’utilizzo di sistemi laser per i processi di lavorazione sta rapidamente crescendo in seguito allo sviluppo impressionante della tecnologia laser negli ultimi 10 anni (con laser più potenti e con una gamma più ampia di lunghezze d’onda) e anche per la comparsa di approcci di fabbricazione innovativi (per esempio, la micro-lavorazione 3D e la sintesi di nanoparticelle attraverso l’ablazione laser in liquido).
Due metodi di micro/nano lavorazione sono al momento investigati: 1) stereolitografia proiettiva con laser ad eccimeri (MPExSL) per la fabbricazione di strutture 3D (scaffold); 2) ablazione laser in ambiente liquido per la sintesi di nanoparticelle.
1) il metodo MPExSL sviluppato di recente permette la rapida fabbricazione di strutture polimeriche 3D con risoluzione micrometrica attraverso un processo di foto-polimerizzazione strato per strato utilizzando un laser ad eccimeri ed una tecnica di stereolitografia proiettiva.
Il metodo ha il vantaggio di essere versatile e scalabile, a causa dell’approccio relativamente semplice ma efficace, che fornisce la possibilità concreta di portare la micro-lavorazione laser 3D dal campo dei prototipi a quello della produzione industriale.
MPExSL è attualmente utilizzato per fabbricare strutture biodegradabili 3D per la rigenerazione di tessuti nervosi nell’ambito del progetto EU-CHINA NEUROSCAFFOLD. In Figura 1 sono mostrati alcuni esempi di condotti multicanale biodegradabili 3D fabbricati con MPExSL.
2) L’ablazione laser in ambiente liquido (PLAL) ha recentemente fatto molto passi in avanti cresciuta e costituisce un metodo molto promettente per la fabbricazione di nanoparticelle in soluzioni colloidali. La PLAL segue i 12 principi di “green chemistry”. In particolare, la PLAL permette la sintesi di nanoparticelle cristalline stabili senza l’uso di agenti surfattanti, con enormi potenzialità per le applicazioni mediche, dove la purezza delle particelle è cruciale, o per le applicazioni in cui l’utilizzo della superficie libera delle particelle è rilevante (per esempio per le applicazioni catalitiche). La PLAL permette la produzione di nanoparticelle stabili in diversi liquidi ed utilizzando una larga varietà di materiali. La PLAL, in alcuni casi, ha permesso la sintesi anche di nanoparticelle di leghe o core-shell. Tra i risultati ottenuti riportiamo: 1) nanoparticelle luminescenti ultra-fini (<5 nm) di silicio sono state prodotte in acqua con laser ai picosecondi; un rate di diversi grammi per ora è possibile con laser di sufficiente potenza; 2) la sintesi di nanoparticelle pure di materiali nobili (Pd, Au, Ag), utili per applicazioni plasmoniche o catalitiche, è stata studiata in diverse condizioni sperimentali; 3) è stata studiata la fattibilità per la sintesi di nanoparticelle di FePt, utili per applicazioni magnetiche.
Immagine SEM di a) un condotto cilindrico multicanale biodegradabile, e b) un condotto multicanale biodegradabile con diametro esterno variabile; c) foto delle strutture in a) e b)
Immagine TEM di un colloide di Pd prodotto in acqua pura; nel riquadro, immagine HRETM di una singola NP con ben definiti piani del reticolo cristallino.